刀柄—热缩刀杆—刀具系统结构及振动特性分析

发布时间：2018-05-14 23:24

  本文选题：大型深型腔模具 + 热缩刀杆　； 参考：《湘潭大学》2016年硕士论文

【摘要】：刀柄-热缩刀杆(Shrink-fit Holder-SFH)-刀具式刀具系统具有结构简单、夹持稳定性高、夹紧强度和抗弯刚度高、有较好回转平衡性以及易于接近工件的深型腔等特点,现已成为大型深型腔模具精加工的主要方法之一。目前,由于缺乏对SFH-刀具配合的合理装夹、刀柄-SFH结构优化、及整个刀柄-SFH-刀具式刀具系统切削振动等方面的深入研究,使其在高速铣削中的优越性能得不到全面的发挥。本文针对目前刀柄-SFH-刀具式刀具系统急待解决的问题,着重从SFH与刀具配合的装夹温度、SFH结构、刀柄-SFH配合的接触特性及刀柄-SFH-刀具式刀具系统模态等方面进行研究,并用实验的方法验证了研究过程中所建有限元模型的准确性。作为刀柄-SFH-刀具式刀具系统高速铣削加工的前提和基础,首先对刀具在热缩刀杆中的装夹进行了建模,并给出了一种确定感应加热过程中SFH-刀具配合瞬态过盈量的新方法。分析了感应加热长度及SFH-刀具结构参数对最小热位移差值的影响,建立了配合公差所对应的基本过盈量与最小装夹温度之间的计算关系式,对刀具在SFH中的装夹及SFH的结构设计具有一定的现实指导意义。在SFH结构分析方面,借助非线有限元技术对静态、径向力作用下及感应加热情况下不同外径的SFH与刀具配合的等效应力、接触压力、热变形及热应力等力学特性进行了分析。在此基础上进一步给出了SFH外径的控制方法与流程,对SFH的合理设计及选用具有一定的现实参考价值。在刀柄与SFH配合的接触特性研究方面,分析了螺钉与刀柄支承面及SFH与刀柄配合面的压力关系,构建了含有螺钉连接件的SFH与刀柄配合的参数化有限元模型。分析了预紧力大小及刀柄-SFH结构参数对其接触应力分布的影响,分析结果可为SFH及刀柄尺寸设计提供参考数据。在刀柄-SFH-刀具式刀具系统切削振动分析方面,结合有限元模态分析技术建立了整个刀柄-SFH-刀具式刀具系统的有限元模型。通过获取不同SFH悬伸长度刀具系统的固有频率,最终建立了SFH悬伸长度与切削转速的对应关系,对SFH的结构设计及高速加工中铣削参数的合理选用具有一定的借鉴作用。
[Abstract]:Shrink-fit Holder-SFHning-tool system with shrink-fit Holder-SFHning-cutter shank has the advantages of simple structure, high clamping stability, high clamping strength and bending stiffness, good balance of rotation and easy access to the deep cavity of workpiece, etc. Now it has become one of the main methods of finishing the large-scale deep-cavity die. At present, due to the lack of deep research on the reasonable clamping of SFH- tool fit, optimization of tool shank -SFH structure, and the cutting vibration of the whole tool system, the superior performance of SFH- cutting tool system in high speed milling can not be fully brought into play. In this paper, aiming at the problems that need to be solved urgently in the tool system of the tool shank -SFH-, the structure of the clamping temperature and the structure of the tool fit with SFH, the contact characteristics of the tool shank -SFH fit and the mode of the tool system of the cutter shank -SFH- are studied in this paper. The accuracy of the finite element model is verified by experiment. As the premise and foundation of high speed milling of the tool system with shank -SFH- cutting tool, firstly, the clamping of the tool in the heat shrink cutter rod is modeled, and a new method to determine the transient interference of SFH- tool in induction heating process is presented. The influence of induction heating length and structural parameters of SFH- tool on the minimum thermal displacement difference is analyzed, and the relationship between the basic interference and the minimum clamping temperature corresponding to the tolerance is established. It is of practical significance for the clamping of cutting tools in SFH and the structural design of SFH. In the aspect of SFH structure analysis, the equivalent stress, contact pressure, thermal deformation and thermal stress of SFH with different external diameters under static, radial force and induction heating are analyzed by means of non-linear finite element technique. On this basis, the control method and flow chart of SFH outer diameter are further given, which has certain practical reference value for the rational design and selection of SFH. In the aspect of the contact characteristics between the shank and the SFH, the pressure relationship between the screw and the support surface of the shank and the fit surface of the SFH and the shank is analyzed, and the parameterized finite element model of the fit between the SFH and the shank containing the screw connector is constructed. The influence of pretightening force and structural parameters of cutter shank on contact stress distribution is analyzed. The results can provide reference data for SFH and tool shank size design. In the aspect of cutting vibration analysis of cutter shank -SFH- tool system, the finite element model of the whole tool system is established by means of finite element modal analysis technique. By obtaining the natural frequency of different SFH hanging elongation cutting tool system, the corresponding relationship between SFH overhanging length and cutting speed is established, which can be used for reference in the structure design of SFH and the reasonable selection of milling parameters in high speed machining.
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.1

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本文编号：1889948